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水素生産電解細胞の一般的な異常と改善尺度

数ブラウズ:0     著者:サイトエディタ     公開された: 2022-08-31      起源:パワード

水素生産電解細胞の一般的な異常と改善尺度

水素技術は、天然資源のエネルギー需要と不足の増加という文脈におけるエネルギー移行に対する新たな希望と見なされています。水素は化学産業にとって重要な原料であり、産業および輸送用途向けの炭素を含まない燃料として使用できます。 "緑色の水素生産"は、水素エネルギーを生成するための水電気分解を介して、再生可能エネルギー生成の使用を指します。これは、エネルギー生産を「脱炭素化することができるグリーンできれいなエネルギーの生産方法です。ただし、ほとんどの工業水素生産に使用されるメタンなどの炭素ベースのエネルギー源の蒸気改質と比較して、緑色の水素生産のコストは高くなっています。再生可能エネルギー源からの発電のコストは低いですが、電解剤の投資コストは比較的高くなっています。

の原則 水素 水の電解による生産

1789年、ガスを生成するための水の電気分解が最初に発見され、2世紀以上にわたって水の電気分解から水素生産の発生が開始されました。 1800年、水電気分解はVoltaic Reactorによって成功裏に達成され、そのガス製品はH2および○として決定されました。1830年代に、ファラデーの法律は水電気分解の科学的定義を提唱し、さまざまな電解細胞装置の研究により促進されました。水電解からの水素生産技術の継続的な開発。水素エネルギーに対する人々の認知と需要は完全ではありませんが、電気分解水水素生産技術の開発はスムーズではありませんが、技術の開発を中断しません。エネルギー構造の調整により、水素エネルギーの重要な位置が徐々に現れ、水素を生成するための水の電気分解の技術も急速に発達します。水素生産のための水電解の基本原理は、水が原料として使用され、外部電圧が適用されて完全な電気回路を形成することです。電気エネルギーの注入は、水分子の内部バランスを破り、切断が発生します。水素と酸素原子が再構築され、H2とO2が最終的に放出されます。水電解は、KOHまたはNAOHの水溶液を介して直接電流によって水を水素と酸素に分割するプロセスです。化学反応は次のとおりです。

カソード:2 H2O + 2 E -H2 + 2 OH-

アノード:OH -2 1/2 O2およびH2O + E

合計方程式:H2O = H2+1/2O2

水の電気分解の水素生産技術への適用

2.1アニオン交換膜技術

AELまたはプロトン交換膜プロセスとは対照的に、AEM電解は両方の利点を組み合わせています。 AEM電解器の構造は、PEMの構造と類似しています。イオノマーとも呼ばれる膜は、イオン的に伝導するプラスチックで作られており、膜の両側の電極を分離します。電極はイオノマーでも作られており、触媒粒子がドープされています。 PEMとは異なり、AEM電解剤はニッケルベースなどの非ノーブル金属触媒に依存するため、材料コストを効果的に削減できます。 AELプロセスと同様に、AEM反応はアルカリ環境で行われます。水は、水素を生成するためにカソードで電気溶解しています。 AEM電解の他の特徴には、高電流密度、高効率、柔軟性が含まれます。初期の進歩は行われていますが、実験室の焦点は膜製剤の最適化に残っています。その効率に影響を与える重要な要因は、膜と電極間の接触抵抗です。抵抗を可能な限り小さくするには、膜と電極の間に良好なイオン接続が必要です。したがって、膜のポリマー製剤を最適化し続ける必要があるだけでなく、膜の電極接着剤をカスタマイズして開発する必要があります。さらに、チームは、膜材料の大量生産を達成するために、コーティングなどのさらなる最適化の過程にもあります。

2.2アルカリ水の電解による水素生成マルチパーソン電解水素水ケトル-Qinhuangwater

アルカリ水からの水素生産は、最も成熟した水素生産技術の1つであり、最も商業化された水素生産技術です。 20世紀の初めには、1MWレベルの大規模な水素生産装置が開発されました。アルカリ水からの水素生産用の装置は、主に電解質、アノード、カソード、および横隔膜で構成されています。アルカリ電解器は通常、電解質として水酸化カリウム溶液(20%〜30%)を使用します。水電気分解からの水素生産の過程で、灰汁は消費されず、イオン輸送の役割のみを果たします。アルカリ水電解からの水素生産は、最も初期の研究開発技術であり、最も成熟した技術です。単純な動作と低コストの利点がありますが、欠点は電気分解の効率が低く、電源の変動の低い適応性、灰汁の強い苛性などです。アルカリ電解細胞の動作温度は通常40〜80℃、そして電解細胞内の電解質の導電率は、温度の上昇とともに増加します。電解質は寒い開始時に室温であるため、抵抗値は大きく、電解剤の電圧は一定であるため、電流は小さく、水素生産は小さくなります。灰汁の温度は、伝導時間の増加とともに上昇します。 LYE導電率の増加に伴い、水素生産は徐々に増加します。アルカリ水電解細胞は、20%〜110%の可変負荷で動作し、2〜3HHのコールドスタート、15分間はホットスタートで作動できます。電解アルカリ水素水素生産装置の非設計された動作能力の問題を解決するために、通常の方法はホットスタンバイであり、これにより、水素生産を時間内に開始するために、電解細胞のアルカリ溶液を特定の温度で保持します。

2.3PEMウォーター電解器

プロトン交換膜は、水電解器内でプロトンを導入するために使用され、電極の両側のガスを隔離し、a敬の念で強力なアルカリ液電解質を使用するという不利な点を回避します。プロトン交換膜加水剤は、プロトン交換膜を電解質として、純水を反応物として使用します。さらに、PEMは水素透過性が低く、高純度の水素を生成するため、水蒸気のみを除去する必要があります。間隔構造がゼロで、オーム抵抗が低いため、電解プロセスの全体的な効率が大幅に改善され、体積がよりコンパクトになります。幅広い圧力制御範囲、数MPAまでの水素出力圧力は、急速に変化する再生可能電力入力に適しています。したがって、水素生産のためのプロトン交換膜電解は、有望な緑の水素生産技術です。また、PEM Hydroelectrolysisの水素生産のボトルネックはコストと寿命であることにも注意する必要があります。双極プレート電解因子と膜電極のコストは、それぞれ約48%と10%です。現在、PEMの国際的な高度なレベルは次のとおりです。2acm -2@2Vの単一細胞性能、2〜3mg/cm2の総プラチナ触媒負荷、6×104〜8×104hの安定した動作時間、水素生産水素あたり約3.7ドルのコスト。プロトン交換膜電解因子のコストを削減する研究は、主に、触媒とプロトン交換膜に基づいた膜電極、ガス拡散層、双極子プレートなどのコア成分に焦点を当てています。

3.水色加水電解細胞の一般的な異常と改善尺度

症状1:電解剤中の個々の細胞の電圧は、定期的なモニタリング中に上昇し、時には3.0 Vを超えます。廃棄方法:圧力を閉じて放出し、電解剤の圧力増加プレートの下で停止バルブを開き、不純物を含む電解質を除去します。蒸留水または窒素で電解剤をすすぎます。次に、沈殿物をろ過するか、電解質を再採取した後、電解質がタンクに配置されます。起動後もユニットの電圧を監視し続けます。そうでない場合、隣接する極フレームのバッテリー電圧は3.0V以上に短縮できるため、ガスは生成されません。これを行った後、エラーは通常排除されます。

妨害現象2:断熱シールのアルカリ漏れまたはガス漏れ。トラブルシューティング方法:最初に蒸留水できれいな灰汁漏れ、乾燥後に引張ボルトとナットを正しく締め(均一な力をかけます)、機械を起動し、泡がない場合は石鹸水で泡を検出してからトラブルシューティングを行います。

障害現象3:電解因子の総電圧が高すぎ、整流器電流を定格値に設定することはできません。解決策:電解質濃度が正常で、整流器装置が良好な状態である場合、衰弱が80℃を超えると、電圧が16 Vを超え、電流が150 Aより低い場合、機械を停止して停止して置き換えます。電解質の電解質。電解質は、交換後も再び使用できません。新しい電解質を準備し、電解剤に追加します。断層現象4:電解剤の正のプレートの基礎は喫煙と発火です。除去方法:すぐに電源を切り取り、断熱パイプと断熱材の底部プレートを取り外し、その上の小さな部品を取り外し、水ですすぎ、乾燥させます。バーンマークが見つかった場合は、使用する前に交換してインストールする必要があります。

症状5:水素生産の過程で、ガスユニットはますます少ないことがわかります。除去方法:アルカリの浸出が正常で、コントロール圧力差が正常な場合、障害はタンク内のアスベスト膜組織の骨折によって引き起こされます。この時点でマシンを停止します。そうしないと、危険です。アスベストフィルムの布を交換し、再組み立てします。

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